大学物理(37).ppt

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1、光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振波波 动动 光光 学学 2 光程差与相位差光程差与相位差1122rnrn 2) 12( kk明明暗暗干涉条纹明暗条件干涉条纹明暗条件最大光程差最大光程差 sina 衍射条纹衍射条纹明暗条件明暗条件 2) 12( kk明明暗暗马吕斯定律马吕斯定律 212cosII 布儒斯特定律布儒斯特定律21120nnntgi 2/00 ri双折射现象双折射现象O光、光、e e 光光自然光自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量，且在：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量，且在所有可能的方向上振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光所有可能的方向上振

2、幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光 . 光的偏振光的偏振一一.自然光和偏振光自然光和偏振光20IIIyx 2222IAAxxixIAAyyiy 若沿某一方向的光振动若沿某一方向的光振动优于优于其他方向，则谓之部分偏振光。其他方向，则谓之部分偏振光。 若若只有只有沿某一方向的光振动，则谓之线（面、全）偏振光。沿某一方向的光振动，则谓之线（面、全）偏振光。偏振光偏振光 1cos()xxAt椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光 偏振器：把偏振器：把自然光自然光变成为变成为全偏振光全偏振光的仪器。的仪器。 有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两

3、个分振动 光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的二向色性二向色性。偏振器偏振器透光轴透光轴自然光自然光偏振光偏振光1 1、起偏、起偏： 把自然光变成偏振光。把自然光变成偏振光。 自然光通过这种晶体薄片后，自然光通过这种晶体薄片后，只剩下一个方向的振动，而只剩下一个方向的振动，而 另一个方向的振动则被吸收。另一个方向的振动则被吸收。这种晶体薄片就可做偏振片。这种晶体薄片就可做偏振片。 自然光通过偏振片后即成为线偏振光，线偏振光的振动方自然光通过偏振片后即成为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化向与偏振片的偏振化方向相同方向相同。此时的偏振片称为起

4、偏器。此时的偏振片称为起偏器。 偏振片上允许通过光振动的方向叫做偏振片的偏振化方向。偏振片上允许通过光振动的方向叫做偏振片的偏振化方向。也叫也叫透光轴透光轴。 2 2、偏振片的偏振化方向、偏振片的偏振化方向 若入射自然光的光强为若入射自然光的光强为I0 0，其通过偏振片后，其通过偏振片后，光强降为光强降为I0 0/2/2。0I021I 自然光自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到不同方向的偏振光。可是人眼对光振动的方向不敏感，无论怎不同方向的偏振光。可是人眼对光振动的方向不敏感，无论怎样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化。样旋转偏振片，

5、都感觉不到光强的变化。偏振片转一周偏振片转一周消光消光线偏光线偏光部分偏光部分偏光强度变，无强度变，无消光消光自然光自然光强度不变强度不变透光轴透光轴3 3、自然光、偏振光、部分偏振光的检验、自然光、偏振光、部分偏振光的检验 如果入射的是如果入射的是线偏振光线偏振光，若偏振化方向与线偏振光的振动，若偏振化方向与线偏振光的振动方向成方向成9090角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光消光现象。现象。 如果入射的是如果入射的是部分偏振部分偏振光光，则转动偏振

6、片时，视场，则转动偏振片时，视场中光强有变化，但不十分明中光强有变化，但不十分明显，无消光现象。显，无消光现象。光强为光强为I0 0的的线偏振光线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方向的成，当其振动方向与偏振片的偏振化方向的成角时，则角时，则透过偏振片的光强透过偏振片的光强为：为：2cosOII 注意两点：注意两点：入射光必须是线偏振光，不是自然光入射光必须是线偏振光，不是自然光；是与是与coscos2 2正比，而不是与正比，而不是与coscos正比。正比。4 4、马吕斯定律、马吕斯定律AI0I I0IP线偏振光可沿两个相线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解互垂直的方向分解EEyEx yx s

7、incosEEEEyx P E0 E=E0cos 检偏器检偏器透射轴透射轴线偏振光线偏振光振动方向振动方向2020EEII 220220cosEcosE 1 1、反射光和折射光的偏振、反射光和折射光的偏振 在一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光。在一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光。n2n1ir 反射光中是反射光中是垂直入射面垂直入射面的的E E矢量占优势矢量占优势，在折射光，在折射光中则是中则是平行入射面的平行入射面的E E矢量矢量占优势占优势。 反射光、折射光的偏振反射光、折射光的偏振化程度随入射角化程度随入射角i而变。而变。2 2布儒斯特定律布儒斯特定律当入射角为某角度当入射角

8、为某角度 i0 0 ，即满足，即满足120nntgi 时，时，反射光中只有垂直入射面的反射光中只有垂直入射面的矢量而成为线偏振光矢量而成为线偏振光，但折，但折射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。使反射光成为全偏振光使反射光成为全偏振光时的入射角时的入射角i0 0称为布儒斯称为布儒斯特角。特角。n2n10i0r 当入射角为布儒斯特当入射角为布儒斯特角时，角时，反射线和折射线互反射线和折射线互相垂直，相垂直，即有即有2/00i1 1、双折射现象、双折射现象 当一束光在晶体的表当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产面折射时，在晶体内可产生

9、两束折射光。这就是双生两束折射光。这就是双折射现象。折射现象。 如果将光束如果将光束正入射正入射在方解石上，并将方解石围绕着入射光在方解石上，并将方解石围绕着入射光束旋转，则发现其中一光束不动，而另一光束跟着旋转一周。束旋转，则发现其中一光束不动，而另一光束跟着旋转一周。2 2、寻常光、寻常光( (ordinary optics (o (o光光)和非寻常光和非寻常光( (especial optics e e光光) )在两折射光束中在两折射光束中v 有一束光有一束光遵守普通的折射定律遵守普通的折射定律，称为寻常光，称为寻常光(o(o光光) )。常数12sinsinnni 不管入射光束方位如何，

10、不管入射光束方位如何，o o光光总在入射面内总在入射面内。oeo 注意：注意： o o光和光和e e光只有在双折射光只有在双折射晶体的内部晶体的内部才有意义才有意义。常数12sinsinnniv 另一束光另一束光不遵守普通的折不遵守普通的折射定律射定律，称非常光，称非常光 (e(e光光) )。 即使入射角为即使入射角为0 0，折射角也不等于，折射角也不等于0 0，而且，而且e e光往往光往往不在入射不在入射 面内面内。 v o o光和光和e e光都是线偏振光。光都是线偏振光。eoo练习练习37 光的偏振光的偏振1. 在双缝干涉实验中，用单色自然光，在屏上形成干涉条纹在双缝干涉实验中，用单色自然

11、光，在屏上形成干涉条纹 若在两缝后放一个偏振片，则若在两缝后放一个偏振片，则 (A) 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度加强干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度加强 (B) 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度减弱干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度减弱 (C) 干涉条纹的间距变窄，且明纹的亮度减弱干涉条纹的间距变窄，且明纹的亮度减弱 (D) 无干涉条纹无干涉条纹 若入射自然光的光强为若入射自然光的光强为I0，其通过偏振片后，其通过偏振片后，光强降为光强降为I0/2。2. 一束自然光自空气射向一块平板玻璃一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图如图)，设入射角等于布儒，设入射角等于布儒斯特角斯特角i0，则在界

12、面，则在界面2的反射光的反射光 (A) 是自然光是自然光 (B) 是线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面是线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 (C) 是线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面是线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 (D) 是部分偏振光是部分偏振光 i0 1 2 布儒斯特定律布儒斯特定律当入射角为某角度当入射角为某角度 i0 0 ，即满足，即满足120nntgi 时，时，反射光中只有垂直入射面的反射光中只有垂直入射面的矢量而成为线偏振光矢量而成为线偏振光，但折，但折射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。使反射光成为

13、全偏振光使反射光成为全偏振光时的入射角时的入射角i0 0称为布儒斯称为布儒斯特角。特角。 当入射角为布儒斯特当入射角为布儒斯特角时，角时，反射线和折射线互反射线和折射线互相垂直，相垂直，即有即有2/00i3. 一束平行的自然光，以一束平行的自然光，以60角入射到平玻璃表面上若反射光角入射到平玻璃表面上若反射光束是完全偏振的，则透射光束的折射角是束是完全偏振的，则透射光束的折射角是_；玻璃的折射率为；玻璃的折射率为_n2n10i0r解：解：使反射光成为全偏振光时的入使反射光成为全偏振光时的入射角射角i0称为布儒斯特角。称为布儒斯特角。当入射角为布儒斯特角时，当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线

14、互相垂直，反射线和折射线互相垂直，即有即有根据布儒斯特定律数学表达式：根据布儒斯特定律数学表达式： 22021331nntginn12nn表示入射光所在媒质的折射率表示折射光所在媒质的折射率000/ 230i折射率为：折射率为： 73. 1sinsin00in或者由折射定律或者由折射定律1200sinsinnni4. 在光学各向异性晶体内部有一确定的方向，沿这一方向寻常光在光学各向异性晶体内部有一确定的方向，沿这一方向寻常光和非常光的和非常光的_相等，这一方向称为晶体的光轴只相等，这一方向称为晶体的光轴只具有一个光轴方向的晶体称为具有一个光轴方向的晶体称为_晶体晶体v 晶体内存在一个特殊方向晶

15、体内存在一个特殊方向，当光在晶体中沿此方向传播时，当光在晶体中沿此方向传播时，不发生双折射现象，此特殊方向称为晶体的不发生双折射现象，此特殊方向称为晶体的光轴光轴。双折射现象：双折射现象：当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产生当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产生两束折射光。这就是双折射现象。两束折射光。这就是双折射现象。在两折射光束中，有一束光在两折射光束中，有一束光遵守普通的折射定律遵守普通的折射定律，称为寻常光，称为寻常光(o(o光光) )。不管入射光束方位如何，不管入射光束方位如何，o光光总在入射面内总在入射面内。常数12sinsinnni常数12sinsinnni另一束光另一

16、束光不遵守普通的折射定律不遵守普通的折射定律，称非常光，称非常光 (e(e光光) )。即使入射角为即使入射角为0，折射角也不等于，折射角也不等于0，而且，而且e光往往光往往不在入射面内不在入射面内。 eo 注意：注意：o o光和光和e e光只有在双折射光只有在双折射晶体的内部晶体的内部才有意义才有意义。v o o光和光和e e光都是线偏振光。光都是线偏振光。一般晶体只有一个光轴，称为单轴晶体，例如冰一般晶体只有一个光轴，称为单轴晶体，例如冰洲石、石英、红宝石等；洲石、石英、红宝石等； 5. 有两个偏振片叠在一起，其偏振化方向之间的夹角为有两个偏振片叠在一起，其偏振化方向之间的夹角为45一一束强度为束强度为I0的光垂直入射到偏振片上，该入射光由强度相同的自的光垂直入射到偏振片上，该入射光由强度相同的自然光和线偏振光混合而成此入射光中线偏振光矢量沿什么方向然光和线偏振光混合而成此入射光中线偏振光矢量沿什么方向才能使连续透过两个偏振片后的光束强度最大？在此情况下，透才能使连续透过两个偏振片后的光束强度最大？在此情况下，透过第一个偏振片的和透过两个偏振片后的光束强度各是多大？过第一个偏振片的和